有關(guān)城市測(cè)繪的若干問題探討
　　李軍才
　　龍巖市城鄉(xiāng)規(guī)劃測(cè)繪服務(wù)站
　　摘要:本文就測(cè)繪基準(zhǔn)的建立和維護(hù)、城市CORS系統(tǒng)與大地水準(zhǔn)面精化、數(shù)據(jù)共建共享及三圖“一體化”等問題進(jìn)行了論述。
　　關(guān)鍵詞:城市測(cè)繪;CORS;數(shù)據(jù)共享;知識(shí)產(chǎn)權(quán)
　　經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展,我國的城市測(cè)繪形成了完整的技術(shù)體系,積累了大量測(cè)繪資料和數(shù)據(jù),為我國測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。當(dāng)前,城市測(cè)繪面臨良好的發(fā)展機(jī)遇和巨大的挑戰(zhàn),許多城市都在制訂測(cè)繪發(fā)展戰(zhàn)略。下面就相關(guān)熱點(diǎn)問題進(jìn)行探討。
　　1統(tǒng)一城市測(cè)繪基準(zhǔn)的建立和維護(hù)
　　測(cè)繪基準(zhǔn)建立和維護(hù)是一切測(cè)繪工作的基礎(chǔ),是城市測(cè)繪重要的設(shè)施,是基礎(chǔ)地理框架的基礎(chǔ)和重要組成部分。城市網(wǎng)應(yīng)該成為國家網(wǎng)的組成部分,但城市網(wǎng)要求根據(jù)平面控制點(diǎn)坐標(biāo)反算的邊長(zhǎng)與實(shí)量邊長(zhǎng)盡可能相符,其差值必須限定在一定數(shù)值內(nèi),才能滿1∶500比例尺測(cè)圖和市政工程施工放樣的需要。因此,城市坐標(biāo)系統(tǒng)的建立有其特定的要求。由于歷史和體制的原因,我國城市多種坐標(biāo)系統(tǒng)并存現(xiàn)象較為普遍,給城市測(cè)繪、測(cè)繪成果的管理和應(yīng)用造成了不利影響,使重復(fù)投資和重復(fù)測(cè)繪現(xiàn)象愈演愈烈,嚴(yán)重影響了政府投資效益,同時(shí)也加深了測(cè)繪成果共建共享的“數(shù)字鴻溝”。下面就結(jié)合某市測(cè)繪基準(zhǔn)使用情況進(jìn)行分析。
　　根據(jù)對(duì)某市及其所轄縣的調(diào)研,其采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的情況見表1。
　　某市測(cè)繪基準(zhǔn)使用情況(表1)
　　
　　從表中可以看出,該市6個(gè)主要測(cè)繪單位(或測(cè)繪管理部門)采用的坐標(biāo)系統(tǒng)、中央經(jīng)線、高程系統(tǒng)大多數(shù)各不同。4個(gè)單位采用1954年北京坐標(biāo)系,但各有2個(gè)單位分別采用120°和120°20′的中央經(jīng)線。有2個(gè)單位采用80西安坐標(biāo)系,中央經(jīng)線為120°。3個(gè)單位采用1956年黃海高程系,3個(gè)單位采用85國家高程基準(zhǔn)。從坐標(biāo)系統(tǒng)完全一致性分類,分別由2個(gè)單位構(gòu)成3組:采用54北京坐標(biāo)系統(tǒng)(120020′)的市國土局和JY國土局,采用54北京坐標(biāo)系統(tǒng)(1200)的JY城建局和市規(guī)劃局,以及采用80西安坐標(biāo)系統(tǒng)完全一致的2個(gè)單位JY城建局和YX城建局,所采用的高程系統(tǒng)各不相同。
　　坐標(biāo)系統(tǒng)與高程系統(tǒng)的不一致,給基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)共享造成明顯的障礙。因此,作為測(cè)繪行業(yè)的政府主管部門應(yīng)該加大力度,從政策、管理和投資等方面采取強(qiáng)有力的措施解決測(cè)繪基準(zhǔn)統(tǒng)一的問題。
　　如何建立統(tǒng)一城市測(cè)繪基準(zhǔn)是城市測(cè)繪發(fā)展戰(zhàn)略的基本問題。在衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)普遍應(yīng)用的今天,城市測(cè)繪基準(zhǔn)已經(jīng)顯示出越來越多的局限性。城市測(cè)繪基準(zhǔn)都是在經(jīng)典大地坐標(biāo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立的,經(jīng)典大地坐標(biāo)系統(tǒng)是采用一個(gè)與物理地球體最為接近的旋轉(zhuǎn)橢球面作為參考基準(zhǔn)面,并通過橢球的定位與定向,使這一基準(zhǔn)面與當(dāng)?shù)氐拇蟮厮疁?zhǔn)面最為接近。經(jīng)典的大地坐標(biāo)系統(tǒng)認(rèn)為所有的基準(zhǔn)站的坐標(biāo)都是固定不變的。然而,事實(shí)上地球是處于不斷的運(yùn)動(dòng)和變化之中的,靜態(tài)的坐標(biāo)參照系統(tǒng)隨著時(shí)間的推移,其變形誤差越來越大。經(jīng)典大地坐標(biāo)系統(tǒng)由于測(cè)量?jī)x器和手段的制約,精度一般只有10－6量級(jí)左右,對(duì)于現(xiàn)代高精度測(cè)量已經(jīng)不能起到“控制”和“基準(zhǔn)”的作用。而目前我國使用的80西安坐標(biāo)系屬參心坐標(biāo)系,存在著橢球參數(shù)精度和指向等問題。在全球經(jīng)濟(jì)化和“數(shù)字中國”的建設(shè)中,單純采用局部、二維、低精度、靜態(tài)的大地坐標(biāo)系統(tǒng)作為測(cè)繪基準(zhǔn)所帶來的不協(xié)調(diào)與矛盾會(huì)越來越多。
　　當(dāng)前城市測(cè)繪應(yīng)該考慮充分利用包括衛(wèi)星定位技術(shù)等現(xiàn)代大地測(cè)量手段,建立維持和統(tǒng)一使用現(xiàn)代大地測(cè)量平面基準(zhǔn)和高程基準(zhǔn),徹底改變城市多坐標(biāo)系統(tǒng)和多高程系統(tǒng)并行以及坐標(biāo)系統(tǒng)相對(duì)落后的局面實(shí)現(xiàn)城市空間參考基準(zhǔn)的更新統(tǒng)一,是城市實(shí)現(xiàn)測(cè)繪成果共享和信息化的基礎(chǔ)和前提,我國即將采用以地球質(zhì)心為原點(diǎn)的2000國家大地坐標(biāo)系和相應(yīng)的大地測(cè)量常數(shù)作為全國統(tǒng)一的大地基準(zhǔn)。建立與國家基準(zhǔn)一致的、統(tǒng)一的、高精度、動(dòng)態(tài)、地心、現(xiàn)代化的、與國際接軌的大地坐標(biāo)系統(tǒng),是城市測(cè)繪基準(zhǔn)發(fā)展的必然,也是現(xiàn)代城市測(cè)繪的要求。
　　統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng),涉及對(duì)原有控制成果的重新平差轉(zhuǎn)換和利用,需要進(jìn)行基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換加工,這部分工作量很大。尤其是平面坐標(biāo)系統(tǒng)的CAD數(shù)據(jù),不僅需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,還需要進(jìn)行重新分幅,由此所產(chǎn)生的工作量是巨大的,需要成百上千萬的投入才能實(shí)現(xiàn)。從技術(shù)角度來說,坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換根據(jù)不同情況可采用換帶、擬合與配準(zhǔn)等方法實(shí)現(xiàn)。
　　2城市CORS系統(tǒng)與大地水準(zhǔn)面精化
　　CORS(ContinualOperationalReferenceSystem)是空間大地基準(zhǔn)框架的基礎(chǔ),具有動(dòng)態(tài)維護(hù)大地基準(zhǔn)框架,保持與國家框架一致的作用。國內(nèi)外均十分重視CORS系統(tǒng)建設(shè)。美國的CORS由美國大地測(cè)量局(NGS)負(fù)責(zé),由美國相關(guān)機(jī)構(gòu)共同施測(cè)。其目標(biāo)是:更方便地利用該系統(tǒng)達(dá)到厘米級(jí)水平定位和導(dǎo)航,促進(jìn)用戶使用GPS,發(fā)展GIS和RS,檢測(cè)地殼變形,研究大氣中水汽分布,監(jiān)測(cè)電離層中自由電子濃度和分布。英、法、德、日等國家均建立了點(diǎn)位密度較大的CORS系統(tǒng)。我國的深圳、北京、上海、天津、武漢、昆明等城市紛紛建立CORS系統(tǒng)。CORS系統(tǒng)結(jié)合大地水準(zhǔn)面精化,將為城市測(cè)繪、交通、氣象、環(huán)境和管理等提供高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)空間定位服務(wù),其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益將十分明顯。
　　城市CORS系統(tǒng)一般由10個(gè)左右基準(zhǔn)站,1個(gè)數(shù)據(jù)處理中心構(gòu)成,覆蓋全市域和周邊部分地區(qū)。采用GSM+GPRS(3G)兩種實(shí)時(shí)通信技術(shù),滿足不同用戶需求。
　　近幾年來,我國一些城市開展了大地水準(zhǔn)面的精化工作,建立高精度的區(qū)域性似大地水準(zhǔn)面,最有效的方法是在建立區(qū)域的高精度GPS(如GPSB、C級(jí))控制網(wǎng)并獲得較密集的GPS/水準(zhǔn)點(diǎn)成果的基礎(chǔ)上,綜合利用重力資料、地形資料、重力場(chǎng)模型與GPS/水準(zhǔn)成果,采用物理大地測(cè)量理論與方法,應(yīng)用移去恢復(fù)法等方法計(jì)算重力似大地水準(zhǔn)面,然后用GPS/水準(zhǔn)控制和校準(zhǔn)重力似大地水準(zhǔn)面的系統(tǒng)性偏差,將重力似大地水準(zhǔn)面擬合于GPS/水準(zhǔn)得到的實(shí)測(cè)似大地水準(zhǔn)面,從而得到精密的區(qū)域性似大地水準(zhǔn)面。
　　顯然,城市CORS與大地水準(zhǔn)面精化對(duì)傳統(tǒng)控制測(cè)量的規(guī)劃設(shè)計(jì)造成了顯著的影響。相對(duì)低等級(jí)的控制測(cè)量可以大大削減,例如城市三、四等平面與高程控制測(cè)量的布設(shè)范圍規(guī)模將完全不同于傳統(tǒng)控制測(cè)量。但高精度的控制測(cè)量依然需要加以足夠的投入。例如,城市首級(jí)控制測(cè)量或框架網(wǎng)建設(shè),城市二等水準(zhǔn)測(cè)量及其復(fù)測(cè)等。城市高精度首級(jí)控制測(cè)量不僅CORS和大地水準(zhǔn)面精化的基礎(chǔ),也是城市工程建設(shè)不可或缺的重要控制基礎(chǔ)。此外,對(duì)于城市而言,應(yīng)該考慮設(shè)置遍布市域的基巖標(biāo)志,以便永久使用和保存城市控制,也有利于城市變形監(jiān)測(cè)等。
　　3促進(jìn)體制創(chuàng)新并創(chuàng)造良好的測(cè)繪成果共建共享的環(huán)境
　　當(dāng)前,基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的保密與數(shù)據(jù)共享應(yīng)用的矛盾日益突出。我國關(guān)于基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)保密的規(guī)定是基于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平等情況制定的。在高分辨率衛(wèi)星遙感影像和GPS技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天,技術(shù)壁壘基本蕩然無存,現(xiàn)行的保密規(guī)定凸現(xiàn)了諸多不適應(yīng)的問題。筆者曾進(jìn)行過GoogleEarth的精度計(jì)算與對(duì)比,在其公開發(fā)布的影像上圖解點(diǎn)的坐標(biāo)實(shí)際誤差在橫向大約為11～12m,縱向大約為1～2m。其精度已經(jīng)相當(dāng)或優(yōu)于2萬5千分之一比例尺地形圖的精度。隨著衛(wèi)星遙感影像分辨率不斷提高、伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)和美國新一代GPS系統(tǒng)建設(shè)和投入使用,公開發(fā)布的有關(guān)基礎(chǔ)地理信息將更加透明和精細(xì)。所以,現(xiàn)行基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)許多保密規(guī)定已經(jīng)沒有意義,反而成為數(shù)據(jù)共享的桎梏。在這個(gè)問題上,我國包括多個(gè)院士在內(nèi)的有識(shí)之士曾多次呼吁,盡快修改現(xiàn)行的保密規(guī)定,以適應(yīng)現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的需要。
　　基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)共建共享成為制約地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難題,鮮見有效的解決方法。解決這一問題首先應(yīng)從體制創(chuàng)新著手,這方面的論述較多。但多年來體制問題似乎沒有改進(jìn),也沒有為數(shù)據(jù)共建共享開辟一條行之有效的途徑。一味等待體制創(chuàng)新,不如促進(jìn)體制創(chuàng)新,為體制創(chuàng)新創(chuàng)造必要的條件。也就是說,今天的城市測(cè)繪應(yīng)該不僅從體制、法制和政策層面上探討共建共享問題,還應(yīng)積極從技術(shù)層面上探索基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)共享的方法。共建共享本身包括兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的方面,即如何共建和如何共享。只有共建,才能共享。共建是共享的前提,共享是共建的最終目的。只有解決好共建才能真正實(shí)現(xiàn)共享。必須指出的是,這里是在廣義的基礎(chǔ)上討論共建和共享。共建涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)、投資、收益等問題,包括建立合理的價(jià)值補(bǔ)償機(jī)制,制定合理的測(cè)繪成果服務(wù)價(jià)格體系,實(shí)行無償使用和有償使用相結(jié)合,體現(xiàn)測(cè)繪的基礎(chǔ)性、公益性和市場(chǎng)性特征。在技術(shù)層面上,由于數(shù)字產(chǎn)品易于拷貝與傳播的特性,需要綜合運(yùn)用自適應(yīng)嵌入水印和數(shù)字指紋等理論和技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)標(biāo)記,從而解決好測(cè)繪知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題,創(chuàng)造良好的測(cè)繪成果共建共享的環(huán)境。
　　4三圖“一體化”
　　在城市測(cè)繪中,往往基礎(chǔ)地形圖、地籍圖和房產(chǎn)圖等以相同的比例尺、相同的數(shù)字產(chǎn)品和基本相同的技術(shù)要求各自測(cè)繪覆蓋相同的區(qū)域。由于重復(fù)采集大量數(shù)據(jù),造成資金嚴(yán)重浪費(fèi),也給用戶獲取數(shù)據(jù)帶來不必要的麻煩。如果三圖統(tǒng)一測(cè)繪,則可根據(jù)其異同,分層,分庫置于同一GIS中統(tǒng)一管理。三圖“一體化”實(shí)際上也是一種數(shù)據(jù)共享的方式,使基礎(chǔ)測(cè)繪成本大幅度降低。在我國,地形、房產(chǎn)、地籍三圖在數(shù)據(jù)采集過程中,雖然由于各自服務(wù)的目的不同,在要素的選擇上側(cè)重點(diǎn)有所不同,但它們之間包含著許多的共同要素。不管多么復(fù)雜的地物,地貌,都可以通過施測(cè)組成它的特征點(diǎn)的平面位置及高程,并依一定的比例尺按規(guī)定的符號(hào)將其反映在地形圖上。
　　三圖之間在地理要素內(nèi)容上存在許多共同的要素,這為三圖“一體化”提供了理論和實(shí)際操作的依據(jù),三圖在測(cè)繪及成圖過程中所依據(jù)的基礎(chǔ)理論,原則和方法相同,三圖都是依據(jù)測(cè)量學(xué)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法,遵循著“先整體后局部,先控制后細(xì)部,從高精度到低精度”的測(cè)圖基本原則,采用相同的投影方式和統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng),其圖幅分幅方法及編號(hào)也相同,精度上的要求也基本一致。今天的城市測(cè)繪走向了數(shù)字化,為“三圖并出”提供了嶄新的平臺(tái),不同地圖或同一類地圖的不同層疊加等為三圖“一體化”提供了技術(shù)上的支持,特別是近年來數(shù)字測(cè)圖制圖技術(shù)的飛速發(fā)展并趨于成熟,更為三圖統(tǒng)一測(cè)繪提供了手段,并為其后的分庫奠定了基礎(chǔ)。
　　三圖之間既存在著許多相同之處,同時(shí)也存在著差別。由于不同地圖及不同圖層可以相互疊加,因此可以將三圖中相同的地理要素(如測(cè)量控制點(diǎn)、行政界線、房屋建筑、水系、交通道路和注記等)置于同一數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,而將三圖中不同的部分分別置于3個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫,在每一數(shù)據(jù)庫中再根據(jù)不同地物要素將其置于不同的層中。
　　5結(jié)束語
　　希望本文能夠拋磚引玉,引發(fā)對(duì)城市測(cè)繪發(fā)展戰(zhàn)略的探討,從而促進(jìn)城市測(cè)繪事業(yè)健康快速發(fā)展,在數(shù)字城市建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。
　　

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